文 中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司 郭騰峰

2021年12月18日，湖北鄂州市境內(nèi)G50滬渝高速滬渝向花湖互通D匝道獨(dú)柱墩橋梁發(fā)生側(cè)翻事故（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“湖北橋梁事故”），截至當(dāng)日已造成4人死亡、8人受傷。據(jù)官方媒體報(bào)道，引發(fā)湖北橋梁事故的貨車(chē)從陜西臨潼入站駛上高速，載重198噸，超載400%。

事故發(fā)生后的第一時(shí)間，大批有關(guān)事故調(diào)查與分析文章付諸網(wǎng)端。與一般性的討論、質(zhì)疑文章相較，在微信公眾平臺(tái)發(fā)表的一篇名為《12·18湖北G50滬渝高速花湖互通匝道傾覆事故分析》的文章，因作者以專(zhuān)業(yè)性角度對(duì)事故橋梁進(jìn)行了結(jié)構(gòu)建模和分析，并得出一系列驗(yàn)算數(shù)據(jù)與結(jié)論，備受讀者推崇，閱讀量達(dá)到“10萬(wàn)+”，也再次把“獨(dú)柱墩橋梁安全性”推上輿論的風(fēng)口浪尖。

湖北橋梁事故雖非獨(dú)柱墩結(jié)構(gòu)橋梁首次發(fā)生傾覆，但“一條腿”真的是事故原罪嗎？

“一條腿”存先天劣勢(shì)但“原罪”結(jié)論為時(shí)尚早

20世紀(jì)80年代開(kāi)始，獨(dú)柱墩橋梁理論逐漸形成，到90年代開(kāi)始初步應(yīng)用，進(jìn)入到21世紀(jì)后開(kāi)始在國(guó)內(nèi)外城市立交、公路跨線等領(lǐng)域得到普遍應(yīng)用。

在公路橋梁建設(shè)過(guò)程中，受地形、地物、占地面積和景觀等因素影響，橋梁下部墩往往采用獨(dú)柱支撐方式，以減少土地占用、改善下部結(jié)構(gòu)布局、緩解橋基與地下建筑位置沖突、增加視野及橋型美觀度。獨(dú)柱墩橋梁工程量相對(duì)較小，特別是跨線斜交時(shí)可采用較小跨徑跨越，較為經(jīng)濟(jì)，在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)條件有限的情況下，往往成為橋梁修建的唯一選擇。

不過(guò)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，交通流量、車(chē)輛載重不斷增大，特別是大型貨車(chē)車(chē)輛超載現(xiàn)象頻發(fā)，近年來(lái)，獨(dú)柱墩橋梁傾覆事故發(fā)生率逐漸增多。獨(dú)柱墩橋梁安全性逐漸受到學(xué)者的廣泛關(guān)注。

2019年初，在北京力學(xué)會(huì)第二十五屆學(xué)術(shù)年會(huì)上提交的《獨(dú)柱墩橋梁傾覆穩(wěn)定性分析》一文中明確表示，橫向抗傾覆穩(wěn)定性不足，是獨(dú)柱墩橋的先天劣勢(shì)。

雖然獨(dú)柱墩橋的上下部結(jié)構(gòu)受力性能可滿(mǎn)足橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范要求，但其橋墩橫向支承體系為單支點(diǎn)支承，在偏載作用下，結(jié)構(gòu)的橫向抗傾覆性會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定，從而導(dǎo)致橋梁整體抗傾覆穩(wěn)定性的安全儲(chǔ)備不足。

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近年我國(guó)獨(dú)柱墩橋梁相關(guān)事故情況

·2009年7月15日，津晉高速公路港塘收費(fèi)站800米外匝道橋坍塌，5輛載貨車(chē)墜落，造成6人死亡、4人受傷。經(jīng)查明，事故原因是因5輛載重貨車(chē)逆行駛?cè)霕蝮w，遇車(chē)右拐使橋體重心偏移，導(dǎo)致該橋坍塌。

·2012年8月24日,哈爾濱機(jī)場(chǎng)高速由江南往江北方向、即將進(jìn)入陽(yáng)明灘大橋主橋的最后一段傾覆，4輛貨車(chē)沖下橋體。后經(jīng)調(diào)查，事故直接原因是4輛過(guò)秤總重量達(dá)482噸的超載貨車(chē)在121.96米的長(zhǎng)梁體范圍內(nèi)同時(shí)集中靠右側(cè)行駛，匝道鋼混連續(xù)疊合梁一側(cè)偏載受力嚴(yán)重超載荷，導(dǎo)致匝道傾覆。

·2015年6月19日，粵贛高速?gòu)V東河源城南出口匝道橋突然傾覆，事故造成1人死亡、4人受傷。事故直接誘因是：3輛大貨車(chē)在駛?cè)胧召M(fèi)站時(shí)，緩慢行駛在橋梁同一側(cè)，導(dǎo)致梁體發(fā)生扭轉(zhuǎn)，進(jìn)而發(fā)生落梁事故。

·2019年10月10日，兩輛累計(jì)超載300多噸的大貨車(chē)經(jīng)過(guò)江蘇無(wú)錫國(guó)道312線上海方向135公里處時(shí)，導(dǎo)致跨橋橋面?zhèn)确斐?人死亡，2人受傷。

此外，支座對(duì)梁體沒(méi)有拉結(jié)作用，一旦橋梁在突發(fā)的超限荷載作用后發(fā)生扭轉(zhuǎn)，梁體就會(huì)發(fā)生側(cè)滑，這也是獨(dú)柱墩橋梁的另一大劣勢(shì)，即“傾覆無(wú)征兆、難以預(yù)防”。

抗傾覆穩(wěn)定性不足的獨(dú)柱墩橋梁真的是造成湖北橋梁事故的原罪嗎？

據(jù)媒體報(bào)道，事發(fā)時(shí)，獨(dú)柱墩結(jié)構(gòu)的匝道橋沒(méi)有施工，但有3輛貨車(chē)同向行駛，其中包括一輛重達(dá)198噸的大件運(yùn)輸車(chē)輛。然而，事發(fā)橋梁荷載設(shè)計(jì)限重為55噸，具體限重執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為49噸。僅一輛貨車(chē)就超載近400%。

但該文并未著眼于上述關(guān)鍵信息點(diǎn)，僅基于3D建模對(duì)橋梁在“超載+偏載”非正常工況與正常工況條件下的橋梁抗傾覆性進(jìn)行分析對(duì)比，并得出“橋梁加固措施如滿(mǎn)足相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)提出的加固性能要求，即加固措施連接有效，橋梁并不會(huì)發(fā)生側(cè)翻”的結(jié)論，即事故原因或因大橋加固措施未達(dá)到目標(biāo)效果所造成。

筆者贊成關(guān)注者對(duì)事故進(jìn)行不同角度、不同意見(jiàn)的研究、討論，但在官方事故報(bào)告正式發(fā)布之前，該文作者作為專(zhuān)業(yè)人士，卻沒(méi)有從貨車(chē)超載400%的實(shí)際原因出發(fā)，僅憑對(duì)橋梁抗傾覆性的對(duì)比分析，便傳遞出事故成因出自橋梁設(shè)計(jì)和加固方面的片面結(jié)論，不僅會(huì)誤導(dǎo)輿論與社會(huì)公眾錯(cuò)誤認(rèn)知交通安全和工程標(biāo)準(zhǔn)，還可能對(duì)“獨(dú)柱墩”這種具有較強(qiáng)空間適用性的墩臺(tái)結(jié)構(gòu)造成扼殺。

“一條腿”劣勢(shì)如何解一邊要加固一邊更要減負(fù)

為解決獨(dú)柱墩結(jié)構(gòu)橋梁的問(wèn)題，美國(guó)自1971年開(kāi)始，逐漸在公路橋梁建設(shè)中使用限位器，以防止相鄰橋梁之間產(chǎn)生過(guò)大的相對(duì)位移，以及防止地震時(shí)橋跨發(fā)生落梁。

日本在1972年的《道路橋耐震設(shè)計(jì)指針解說(shuō)》中便引入了防落梁的規(guī)定；2002年3月，日本發(fā)布《道路橋示方書(shū)同解說(shuō)·耐震設(shè)計(jì)篇》，要求特別考慮橋梁系統(tǒng)整體的抗震性能,把支座、連梁裝置作為主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件來(lái)設(shè)計(jì)。

我國(guó)對(duì)此也做出諸多努力。我國(guó)舊版橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范中曾明確要求，公路橋涵的持久狀態(tài)設(shè)計(jì)應(yīng)按承載能力極限狀態(tài)的要求，對(duì)構(gòu)建進(jìn)行承載力及穩(wěn)定計(jì)算，必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)的傾覆和滑移的驗(yàn)算……2018年行業(yè)規(guī)范修訂后，內(nèi)容做了更細(xì)致的規(guī)定，使獨(dú)柱墩橋梁的冗余設(shè)計(jì)量、超載承載能力得到大大提高。

還有一些城市頗具先見(jiàn)之明，對(duì)已有獨(dú)柱墩結(jié)構(gòu)橋梁進(jìn)行了抗傾覆性能加固。以湖北武漢為例，武漢有16座獨(dú)柱墩結(jié)構(gòu)橋梁，共有277根獨(dú)柱墩。從2013年起，武漢相關(guān)部門(mén)決定對(duì)獨(dú)柱墩橋梁進(jìn)行加固。經(jīng)過(guò)前期論證，最終通過(guò)加鋼蓋梁和輔助支座的方案，對(duì)橋梁實(shí)施加固。目前，武漢已完成全部16座獨(dú)柱墩橋梁加固改造工程，給橋梁安全上了一道保險(xiǎn)。

2019年，南京市交通運(yùn)輸局亦對(duì)城市橋梁獨(dú)柱墩結(jié)構(gòu)橋梁進(jìn)行摸底，并開(kāi)展城市橋梁獨(dú)柱墩抗傾覆專(zhuān)題研究。經(jīng)摸排和抗傾覆驗(yàn)算，城市橋梁29座獨(dú)柱墩橋梁合計(jì)308聯(lián)跨中，165聯(lián)跨抗傾覆性能滿(mǎn)足了最新規(guī)范要求。

針對(duì)囿于各種因素而不能滿(mǎn)足安全要求的橋梁聯(lián)跨，南京計(jì)劃通過(guò)減小基礎(chǔ)負(fù)荷、增設(shè)抗拉拔裝置或支座、增設(shè)鋼牛腿、增大橋墩截面等加固手段提高橋梁抗傾覆性能。

橋梁內(nèi)傷多來(lái)自超載超載非設(shè)計(jì)工況考慮條件

在過(guò)去我國(guó)發(fā)生的獨(dú)柱墩橋梁傾覆事故中，幾乎都有超載的身影。部分貨車(chē)司機(jī)出于運(yùn)輸成本考慮，冒險(xiǎn)超載運(yùn)輸。對(duì)此，有專(zhuān)家曾指出，車(chē)輛超載對(duì)橋梁安全具有明顯危害。

如果超載過(guò)度，使得橋梁的應(yīng)力或者傾覆系數(shù)超過(guò)設(shè)計(jì)安全系數(shù)，橋梁可能立即倒塌；如果超載尚未大到能把橋梁壓倒，但由此產(chǎn)生的應(yīng)力仍會(huì)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的使用壽命造成影響。長(zhǎng)此以往，一座符合標(biāo)準(zhǔn)的橋梁服役10多年后，可能就會(huì)被壓出“內(nèi)傷”。

例如，鋼結(jié)構(gòu)的疲勞壽命一般可以假設(shè)與應(yīng)力幅的3次方成反比。如果車(chē)輛超載100%，應(yīng)力幅就大了1倍，那么原本具有百年壽命的橋梁，使用壽命會(huì)減少為12.5年。此外，據(jù)測(cè)算，車(chē)輛每超載超限30%，公路養(yǎng)護(hù)費(fèi)用就要增加200%。

既然是超載車(chē)輛導(dǎo)致橋梁破壞，那能否提高橋梁設(shè)計(jì)等級(jí)，使得橋梁即便在超載車(chē)輛的重壓下依然不坍塌呢？

筆者認(rèn)為，雖然每種橋型結(jié)構(gòu)具有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，但都是在經(jīng)過(guò)反復(fù)驗(yàn)證后的正常工況設(shè)計(jì)條件下建造，雖然建設(shè)方在設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)考慮荷載作用，并按極限狀態(tài)下的不利組合效應(yīng)進(jìn)行設(shè)計(jì)、驗(yàn)算，預(yù)留一定的安全冗余。但是，再不利的荷載效應(yīng)或組合也一定是以合法合規(guī)、正常使用為前提，并不包括此次事故中出現(xiàn)的“超載400%+偏載”的非正常工況條件。

雖然新版橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范結(jié)合公路車(chē)型組成變化，特別是貨運(yùn)車(chē)輛大型化趨勢(shì)，進(jìn)一步細(xì)化了對(duì)抗傾覆設(shè)計(jì)的要求，行業(yè)也積極安排對(duì)部分獨(dú)柱墩橋梁采取加固措施，以進(jìn)一步提高獨(dú)柱墩橋梁的抗傾覆安全性，但即便對(duì)工程設(shè)計(jì)加固，也不可能會(huì)選擇使加固滿(mǎn)足“超載400%+偏載”的非正常工況條件。

另一需要讓外界了解的是，通過(guò)加固提高橋梁的抗傾覆安全系數(shù)（2.5），并不等同于使橋梁設(shè)計(jì)的荷載標(biāo)準(zhǔn)提高2.5倍，更非按照“超載400%+偏載”的非正常工況條件來(lái)對(duì)橋梁加固設(shè)計(jì)和驗(yàn)算。

由此可見(jiàn)，事故橋梁設(shè)計(jì)本身不可能滿(mǎn)足“超載400%+偏載”的非正常工況條件，任何橋梁遇到這種特殊工況都會(huì)存在傾覆或失穩(wěn)的可能性。換句話說(shuō)，不發(fā)生事故才是僥幸的意外。

我國(guó)交通基礎(chǔ)設(shè)施快速發(fā)展的同時(shí)，隨之產(chǎn)生的交通、運(yùn)輸安全等問(wèn)題將是行業(yè)乃至全社會(huì)長(zhǎng)期關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題。作為業(yè)內(nèi)的一名專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員，筆者能理解交通基建工程師們的“技術(shù)控”情節(jié)——遇到問(wèn)題總是習(xí)慣性地思考、琢磨以期通過(guò)改善工程或技術(shù)措施加以解決。例如，在發(fā)生人為交通事故后，希望通過(guò)增加各種路側(cè)設(shè)施降低事故發(fā)生率和發(fā)生程度；在超載超限運(yùn)輸車(chē)輛引發(fā)事故后，希望通過(guò)加固橋梁加以應(yīng)對(duì)……出發(fā)點(diǎn)雖好，但超載無(wú)上限，即便以技術(shù)手段應(yīng)對(duì)了超載400%的非正常工況條件，那么遇到超限500%乃至更高，又該怎么辦？

交通運(yùn)輸系統(tǒng)想要實(shí)現(xiàn)安全、可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)離不開(kāi)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，就好比國(guó)家、社會(huì)的安定有序離不開(kāi)法律法規(guī)?？v觀世界各國(guó)的工程標(biāo)準(zhǔn)、工程設(shè)計(jì)，都是基于合法的人車(chē)環(huán)境，正常、合法的工況條件所制定。橋梁設(shè)計(jì)不能以滿(mǎn)足超載超限的非正常工況條件為對(duì)象，加固措施也無(wú)法成為應(yīng)對(duì)超載超限的根本之策。換句話說(shuō)，工程措施永遠(yuǎn)無(wú)法彌補(bǔ)管理漏洞。